Wprowadzenie do oceanografii

Lód, który widać pływający na powierzchni oceanu, pochodzi z jednego z dwóch źródeł. Lód lodowcowy powstaje w wyniku akumulacji i kompresji śniegu w lodowce, które następnie rozpadają się i uwalniają lód do oceanu. Ponieważ lodowce mogą mieć grubość kilku kilometrów, odrywające się od nich góry lodowe mogą być bardzo duże, dlatego wysokie góry lodowe na morzu zawsze pochodzą z lądolodów. Lód morski odnosi się do lodu powstałego w wyniku zamarzania wody morskiej i rzadko przekracza grubość kilku metrów (Rysunek 14.1.1). Lód morski pokrywa około 7% oceanu w dowolnym momencie i stanowi około 66% stałej pokrywy lodowej na Ziemi pod względem powierzchni, ale tylko 0,1% lodu pod względem objętości. Dzieje się tak dlatego, że lód morski jest rozległą, ale cienką pokrywą w porównaniu z pokrywami lodowcowymi, które są bardziej zlokalizowane, ale mogą mieć grubość kilku kilometrów.

Pokrywa lodowa wokół Antarktydy waha się od około 21 mln km2 w zimie do około 1,3 mln km2 w lecie, przy czym większość antarktycznego lodu morskiego utrzymuje się tylko przez rok. Sezonowe zmiany w pokrywie lodowej są mniej wyraźne w Arktyce, od około 14 mln km2 zimą do 6,5 mln km2 latem. Około połowa lodu morskiego w Arktyce utrzymuje się dłużej niż rok, stając się lodem wieloletnim. Różnica ta wynika z faktu, że Antarktyda jest otoczona wodą, więc lód rozszerza się w cieplejszej wodzie i w końcu topnieje. Ocean Arktyczny jest otoczony kontynentami, więc tylko około 10% lodu ucieka do Atlantyku między Grenlandią a Spitzbergenem. Reszta jest uwięziona i staje się lodem wieloletnim lub wieloletnim, mającym średnio około 7 lat i 3-5 m grubości, w porównaniu do lodu pierwszorocznego o grubości 1-2 m.

Tworzenie się lodu morskiego

Z powodu zawartości soli woda morska zaczyna zamarzać przy około -1,8o C, czyli w temperaturze niższej niż w przypadku wody słodkiej. Tworzenie się lodu rozpoczyna się na powierzchni od formowania się małych, igiełkowatych kryształków lodu zwanych frazilami, które gromadzą się i sprawiają, że woda wydaje się mętna i śliska; ten etap jest określany jako lód tłuszczowy (Rysunek 14.1.2 A). W spokojniejszej wodzie te małe kryształy mogą zamarzać razem w cienką warstwę powierzchniową zwaną nilas, która może osiągać grubość do 10 cm (Rysunek 14.1.2 B).

Działanie fal może rozbić nilas na małe maty o średnicy 1-2 m, które następnie wpadają na siebie i tworzą zaokrąglone kształty o podniesionych krawędziach, zwane lodem naleśnikowym (Rysunek 14.1.2 C). Jeśli temperatury pozostaną niskie, lód naleśnikowy zamarza razem w solidne kry lodowe, twardą powierzchnię pokrywającą ocean (Rysunek 14.1.2 D). Kra lodowa następnie zamarza razem, tworząc pola lodowe.

Po uformowaniu się kry lodowej woda pod nią staje się izolowana, a straty ciepła do atmosfery maleją, więc woda przestaje się ochładzać i nie dochodzi do tworzenia się lodu. W rezultacie młody lód morski jest zwykle stosunkowo cienki, ma nie więcej niż 3-4 m grubości. Lód może się pogrubiać przez opady; na biegunach nie ma ich zbyt wiele, ale ze względu na niskie temperatury, to co się pojawia ma tendencję do gromadzenia się, a nie topnienia. Z czasem nagromadzony lód i śnieg może zwiększyć ogólną grubość lodu morskiego, ale i tak nigdy nie zbliży się do grubości lodu lodowcowego.

Jak tworzą się kryształy lodu morskiego, większość soli jest wykluczona, więc lód morski zawiera znacznie mniej soli niż woda morska i może być topiony do picia w razie potrzeby. Ale około 20% soli pozostaje uwięzione w kieszeniach wodnych pomiędzy kryształami lodu. W miarę jak tworzy się lód i sole są usuwane do tych kieszeni, zasolenie pozostałej wody wzrasta i może ona stać się zbyt słona, by ją zamrozić. Te niezamarznięte kieszenie solankowe sprawiają, że lód morski jest nieco bardziej miękki i bardziej brejowaty niż lód słodkowodny, który jest twardszy i bardziej sztywny. W końcu większość solanki wycieka, a lód morski staje się bardziej stały, ale kiedy jest to „młody lód”, może być bardziej niebezpieczny do chodzenia niż lód słodkowodny o tej samej grubości. Na przykład, 7-8 cm lodu słodkowodnego wystarczy, by utrzymać ciężar jednej osoby, ale do tego samego potrzeba co najmniej 15 cm lodu morskiego.

Bardzo zimna, gęsta solanka wycieka z lodu i tonie. Solanka jest „superchłodzona”; jest schłodzona poniżej normalnej temperatury zamarzania wody morskiej, ale pozostaje płynna ze względu na wysoką zawartość soli. Kiedy ta przechłodzona solanka wchodzi w kontakt z otaczającą ją wodą, powoduje zamarzanie wody wokół niej, tworząc puste lodowe stalaktyty, czyli „brylanty”, które mogą mieć kilka metrów długości. Solanka nadal przepływa przez wydrążony brylant, a brylant rośnie w dół (zobacz poniżej niesamowity film poklatkowy z tworzenia brylantów).

Gdy tworzą się duże płaty lodu morskiego, istnieją one w jednej z dwóch formacji. Lód szybki lub lądolód szybki odnosi się do dużych, stałych arkuszy lodu, które są przytwierdzone do lądu. Lód pakietowy składa się z mniejszych, swobodnie pływających kawałków lodu morskiego. Mogły one powstać niezależnie lub oderwać się od lodu szybkiego (Rysunek 14.1.3).

Pływający lód pakietowy tłumi fale i prądy, buforując powierzchnię morza od ruchu. Tak więc zmiany w rozmieszczeniu paku lodowego mogą prowadzić do zmian we wzorcach prądów, a nawet zmieniać strukturę ekosystemu. Jednak pak lodowy podlega również prądom płynącym pod nim, a pokrywy lodowe są w ciągłym ruchu, rozpadają się lub są spychane razem. Kiedy kawałki lodu zbiegają się ze sobą, często wyginają się i pękają lub nachodzą na siebie, jak w przypadku zbieżnych granic płyt litosferycznych (rozdział 4.6). Zderzenia te mogą tworzyć wysokie, postrzępione grzbiety ciśnieniowe, które mogą rozciągać się na kilka kilometrów i stanowią zagrożenie dla badaczy polarnych poruszających się po lodzie (Rysunek 14.1.4).

W oceanach polarnych pokrywa lodowa nie jest jednolita. Istnieje pewna liczba obszarów, w których stale występuje otwarta woda, mimo że obszary je otaczające są pokryte lodem. Takie regiony utrzymującej się otwartej wody nazywane są poliniami (Rysunek 14.1.5). Polieny mogą być wynikiem prądów lub wiatrów przemieszczających lód albo obszarów cieplejszej wody, które zapobiegają tworzeniu się lodu. Na Rysunku 14.1.5 bardzo silne wiatry wiejące od wnętrza Antarktydy utworzyły polinę w pobliżu krawędzi lądolodu.

.